Анализ текстур методом рентгеновской дифрактометрии

Анализ текстур — метод, заключающийся в исследовании текстурных свойств объектов. Текстура определяется как комплекс признаков, отражающих степень однородности, изотропности и упорядоченности изображения.

Рентгеновская дифрактометрия позволяет анализировать текстуру, то есть предпочтительную ориентацию кристаллитов в поликристаллических материалах. Текстуры играют важную роль в определении механических, термических и электрических свойств материалов, таких как анизотропия, прочность и пластичность. 

В идеальном случае, если кристаллиты ориентированы случайным образом, материал является изотропным. Однако в реальных материалах, особенно после механической обработки (прокатки, ковки, экструзии), кристаллиты часто выравниваются вдоль определённых направлений, что приводит к анизотропии свойств.

Рентгеновская дифрактометрия позволяет анализировать текстуры, измеряя интенсивность отражённых рентгеновских лучей от различных кристаллических плоскостей. Если кристаллиты ориентированы предпочтительно, интенсивность отражений от определённых плоскостей будет выше, чем в случае случайной ориентации.

Схема экспериментальной установки для измерения текстур

Полюсная фигура — это графическое представление распределения интенсивности отражённых рентгеновских лучей в зависимости от ориентации кристаллитов. На рисунке ниже показан пример полюсной фигуры для материала с текстурой. 

Примеры полюсных фигур гексагональной симметрии и соответствующие схемы упорядочения

Для количественного анализа текстур используются ориентационные распределения (ODF — Orientation Distribution Function). ODF описывает вероятность нахождения кристаллитов с определённой ориентацией в трёхмерном пространстве. ODF строится на основе данных, полученных из нескольких полюсных фигур, и позволяет полностью описать текстуру материала. Полюсные фигуры показывают только проекцию ориентаций на одну плоскость, тогда как ODF описывает текстуру в трёхмерном пространстве. Это особенно важно для сложных текстур, где кристаллиты могут быть ориентированы в нескольких направлениях.

3d распределение вероятности ориентации в пространстве Эйлеровых углов и его Ориентационные распределения (ODF). Цвета указывают на вероятность определённой ориентации кристаллитов.

Определение коэффициентов текстуры

Метод рентгеновской дифрактометрии для анализа текстур широко используется в различных областях:

Преимущества метода включают:

Ограничения метода:

Рассмотрим пример анализа текстуры в прокатанном алюминиевом листе. После прокатки кристаллиты выравниваются вдоль направления прокатки, что приводит к анизотропии механических свойств. На рисунке ниже показана полюсная фигура для прокатанного алюминиевого листа. Интенсивность отражений от плоскости {111} выше вдоль направления прокатки (RD), что указывает на наличие текстуры.

Полюсные фигуры для прокатанного алюминиевого листа для разных отражений